炼油工艺基础知识

第二章石油产品的使用要求和规格指标石油产品分类：六大类燃料、溶剂和化工原料、润滑剂及有关产品、蜡、沥青和石油焦石油产品产量：燃料占80%，润滑剂占5%第一节燃料液体燃料特点：热值高、灰分少、污染小、输送方便等一、汽油（一）点燃式发动机的工作过程点燃式发动机：汽化器式发动机或汽油机优点：单位功率金属重量小，比较轻巧1、点燃式发动机原理构造图：2、工作过程：⑴、进气（空气和油气）活塞向下运动→产生真空→空气、汽油吸入的汽化器→汽化、混合→进入气缸、继续汽化。⑵、压缩活塞经下死点向上运动→混合气被压缩升温。⑶、点火燃烧作功活塞上行到上死点→电火花点火→混合气燃烧→高温气体膨胀→推动活塞作功。⑷、排气活塞向上运动→排出废气，完成一个循环，然后再重复进行。气缸和活塞个数：一般4~6个。3、压缩比⑴、概念活塞运动到下死点时，汽缸吸入汽油和空气混合气的体积V1和汽缸运动到上死点被压缩后的汽油和混合气的体积V2之比，称为压缩比。压缩比=V1/V2⑵、提高压缩比的优缺点：优点：①压缩比越高，内燃机功率越高，单位功率发动机金属重量越小。②压缩比在7.5~9.5范围内，每提高1，可节油4~12%。缺点：压缩比提高时，对材质要求和使用汽油的辛烷值也要提高。∴压缩比要适宜⑶、压缩比与汽油辛烷值的对应关系过去：现在：（二）车用汽油的主要质量要求1、有良好的蒸发性评价蒸发性的指标：馏程和蒸气压（1）馏程测定方法：恩氏蒸馏实验要求测出的点及代表的性能：初馏点和10%点：代表汽油的启动性能50%点：代表汽油的加速性能和平衡性90%点和终馏点：代表汽油在汽缸中蒸发的完全程度（2）蒸气压测定方法：用雷德蒸气压测定仪测定。标准中规定最高值，即用蒸气压值限定轻组分的量。蒸气压过大，说明轻组分太多，易形成气阻，中断供油，发动机停止工作。2、有良好的抗爆性抗爆性代表燃烧性能（1）爆震燃烧或爆震现象高压缩比的发动机使用抗爆性差的汽油时，会出现汽缸壁温度猛烈升高，发出金属敲击声，冒黑烟，发动机功率下降，耗油增加的现象，这种现象称为爆震现象或爆震燃烧。（2）产生爆震的原因：一是与燃料性质有关。燃料很容易氧化，自燃点低，容易产生爆震二是与发动机工作条件有关。压缩比过大，汽缸壁温度过高，容易引起爆震。（3）抗爆性的评定指标：辛烷值（车用汽油的牌号）①辛烷值的含义选择正庚烷和异辛烷作为标准物。规定抗爆性差的正庚烷的辛烷值为0，抗爆性好的异辛烷的辛烷值为100。按不同的体积配成标准混合液。如果汽油油品的抗爆性与含80%异辛烷和20%的正庚烷的混合物的抗爆性相同，此汽油的抗爆性为80。②辛烷值的测定方法马达法和研究法测定仪器：辛烷值试验机③辛烷值与化学组成的关系各族烃：正构烷烃＜环烷烃、烯烃＜异构烷烃、芳烃同族烃：分子量大，辛烷值小（4）提高辛烷值的方法①改变汽油的化学组成，增加异构烷烃和芳烃的含量。②加入辛烷值添加剂。③调入其他的高辛烷值组分。3、有良好的安定性（1）汽油安定性差的原因不饱和烃易氧化生成胶质危害：①堵塞油路，影响供油；②形成积炭，引起短路；③恶化传热，引起爆震（2）改善方法①适当精制；②添加抗氧化添加剂（3）评价指标①实际胶质:规定条件下测得的发动机燃料的蒸发残余物②诱导期：加速氧化条件下油品处于稳定状态所经历的时间周期4、无腐蚀性腐蚀原因：含有非烃杂质评价指标：酸度、硫含量、铜片腐蚀、水溶性酸碱等酸度：指中和100ml油品中酸性物质所需要的氢氧化钾（KOH)毫克数铜片腐蚀：是用铜片直接测定油品中活性硫的定性方法水溶性酸碱：是油品用酸碱精制后，因水洗过程操作不良残留在汽油中的可溶于水的酸性或碱性物质。（三）航空汽油用于螺旋桨式飞机质量要求与车用汽油相似，但由于高空飞行，工作条件苛刻∴要求更高质量要求：①良好的抗爆性；②适宜的蒸发性；③良好的安定性；④抗腐蚀性；⑤高的发热值航空汽油抗爆性用辛烷值和品度值两个指标表示。辛烷值：表示飞机在巡航时，发动机在贫混合气（过剩空气系数为0.8~1.0））下工作时汽油的抗爆性。品度值：表示飞机起飞和爬高飞行时，发动机在富混合气（过剩空气系数为0.6~0.65）下工作时汽油的抗爆性两者测定方法不同航空汽油的蒸发性、安定性和抗腐蚀性要求与车用汽油相似航空汽油还要求高的发热值，以保证飞机飞行的时间长、续航里程远。发热值与组成有关：烷烃发热值高，但辛烷值低；芳烃发热值低，但辛烷值高。∴二者要兼顾考虑二、柴油用于压燃式发动机（柴油机）柴油机优点：热功效率高、燃料比消耗低、经济性好，∴应用广泛，因此柴油被称为节能燃料柴油主要用于重型机车或机械的动力。柴油分类：轻柴油：用于1000r/min的高速柴油机。重柴油：用于500~1000r/min的低速柴油机。两者质量标准不同。轻柴油的牌号：用凝点表示分为：10、5、0、-10、-20、-35、-50等（一）柴油机的工作过程1、原理构造图2、工作过程（1）进气活塞从上往下运动，进气阀打开，空气被吸入气缸。（2）压缩活塞向上运动，进气阀关闭，空气受到压缩，温度和压力急剧上升。（3）喷入燃料、自燃、膨胀作功活塞快到上死点时，喷入燃料，自燃燃烧，燃烧气体膨胀，推动活塞向下运动作功。（4）排气活塞向上运动，排气阀打开，排出燃烧废气，然后再开始新的循环。3、柴油机和汽油机的本质区别：（1）柴油机被压缩的是空气，而不是空气和燃料的化合物，∴设计发动机压缩比时，不受燃料性质影响，压缩比可以设计的很高，燃料转化为功德效率高，耗油省。（2）汽油机是电火花点火，柴油机是自燃，∴汽油机叫点燃式发动机，柴油机叫压燃式发动机。（二）柴油机的质量要求1、良好的燃烧性能（1）抗爆性①柴油机的爆震现象柴油机也发生类似于汽油机的爆震现象，使发动机功率下降，机件损害。爆震原因比较：汽油机的爆震是由于燃料太易氧化，自燃点太低。柴油机爆震是由于燃料不易氧化，自燃点太高。∴汽油要求自燃点高的燃料，而柴油要求自燃点低的燃料。②柴油抗爆性的评定指标用十六烷值评定含义：与辛烷值相似标准物：正十六烷，抗爆性好，十六烷值规定为100七甲基壬烷，抗爆性差，十六烷值规定为5某一柴油与标准混合物的抗爆性相同，则柴油的十六烷值CN=正十六烷的体积分数+0.15×七甲基壬烷的体积分数柴油十六烷值与组成关系：各类烃，自燃点低，不易爆震∵正构烷烃自燃点＜烯烃、异构烷、环烷＜芳烃∴正构烷烃十六烷值＞烯烃、异构烷、环烷＞芳烃各族烃：C数增加。十六烷值增高柴油十六烷值的适宜范围：45~60过高带来的问题：①自燃点太低，滞燃期太短，容易发生燃烧不完全，产生黑烟，耗油量增加，功率下降。②含正构烷烃太多，柴油凝点升高。不同转速柴油机对十六烷值的要求：（2）蒸发性蒸发性能影响燃烧性能和发动机启动性能。①蒸发性产生的影响馏分轻的柴油启动性好，易于蒸发和燃烧。但馏分过轻，自燃点高，滞燃期长，发生爆震。馏分过重，蒸发慢，燃烧不完全，燃料消耗增加。②柴油蒸发性的评定指标：轻柴油：馏程，规定50%、90%和95%的溜出温度。重柴油：残炭，限制残炭量2、有良好的低温性能柴油在野外或低温下使用，∴要求柴油有良好的低温性能（1)低温流动性产生的影响：温度降低到一定程度，流动性变差，蜡结晶析出，堵塞过滤器，减少供油，甚至中断供油。∴要求柴油有良好的低温性能（2）低温流动性评定指标：国内：凝点，并作为牌号国外：浊点、倾点或冷滤点（3）柴油低温流动性与组成关系：馏分越重，凝点越高。含环烷烃或环烷-芳烃多的柴油，浊点和凝点较低，但十六烷值也低。含烷烃尤其是正构烷烃多的柴油，浊点和凝点都高，十六烷值也高∴柴油的理想组分为：带一个或两个短烷基侧链的长链异构烷烃，具有较低的凝点和足够的十六烷值(4)改善低温流动性的途径①脱蜡②调入二次加工柴油③添加降凝剂3、有合适的粘度（1）柴油粘度产生的影响粘度影响到供应量、雾化状态、燃烧情况和高压油泵的润滑等粘度过大，油泵抽油效率下降，减少供应量，喷出的油流射程太远，雾化不良，与空气混合不均匀，燃烧不完全，耗油增加，发动机功率下降。粘度过小，喷射角宽，射程太近，与空气混合不均匀，同样燃烧被完全，发动机功率下降。且作为输送泵和喷射泵的润滑剂，润滑效果变差，造成机件磨损∴要求粘度在合适的范围另外，对柴油也有安定性和腐蚀性的要求，与汽油类似。三、喷气燃料点燃式航空发动机（汽油机）：受高空空气稀薄和螺旋桨效率所限，只能在1000米以下空域飞行，时速无法超过900公里。喷气式发动机：借助高温燃气从尾喷管喷出时所形成的反作用力推动前进。喷气式发动机优点：①可在2万米高空以2马赫以上高速飞行（马赫为音速的倍数，以M表示，音速约为1180公里/小时)。②时速越高，喷气发动机的重量与点燃式发动机重量之比越小。时速为1000时，比值为1/10，增大到2000公里时，比值降到1/50。③热功率较高，随飞行速度的提高，经济性能更好，每马力小时已降到0.3Kg以下。∴不仅在军用上而且在民用上基本取代了点燃式的航空发动机。（一）喷气式发动机工作原理喷气式发动机有三种类型：涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨喷气发动机和冲压式发动机，前两种使用最广泛。以涡轮喷气发动机为例说明。如图所示：涡轮喷气发动机由空气压缩机、燃烧室、燃气涡轮和尾喷管四部分组成。迎面进入的空气经压缩机压缩，其中20~30%的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合燃烧，燃气进入燃气涡轮，推动涡轮高速旋转，带动空气压缩机工作，燃气最后进入尾喷管，高速喷入大气，产生反作用力推动飞机前进。另70~80%的空气进入燃烧室周围，降低燃烧室及燃气温度，防止涡轮叶片过热。（二）喷气燃料的质量要求1、良好的燃烧性能喷气发动机在高空长时间工作，对燃料的要求是：能够连续进行雾化、蒸发，迅速、平稳、完全燃烧，积炭少。因此要求燃料有以下性质：（1）热值和密度①为什么要求热值和密度：飞机速度快、续航里程远，发动机功率大，但油箱体积有限∴要求有高的热值和密度②热值的定义热值分为质量热值和体积热值质量热值：单位质量燃料完全燃烧放出的热量，单位为KJ/Kg。体积热值：单位体积燃料完全燃烧放出的热量，单位为KJ/m3。质量热值愈高，耗油量愈少。体积热值愈高，油箱装油量愈多，航程愈远。③体积热值与密度的关系燃料的密度大，体积热值也大。∴同样体积的油箱，可以多装油，飞行更长的时间和距离。④热值与组成和馏分组成的关系含氢多的燃料，质量热值高；密度大，体积热值高∴各类烃：质量热值大小顺序：烷烃＞环烷＞芳烃密度和体积热值顺序：芳烃＞环烷＞烷烃同族烃：异构程度增加，质量热值保持不变，但密度有所增加，热值也有所增加。沸点升高，密度增加，体积热值增加，但质量热值减少∴综合考虑质量热值和体积热值，喷气燃料的理想组分是带侧链的环烷烃和异构烷烃，馏分组成是煤油型的。质量标准中同时规定质量热值和密度。（2）雾化和蒸发性能①雾化性能（粘度）对燃烧性能的影响雾化性能与粘度有关。粘度过大，喷入的油滴大，喷射角小而射程远，雾化不良，燃烧不完全、不平稳，功率下降。粘度过小，喷射角大、射程近，燃料的火焰短而宽，易引起局部过热。∴标准中对粘度有一定要求。②蒸发性能对燃料的影响蒸发性能影响启动性、燃烧完全程度和蒸发损失。蒸发性好的燃料，与空气迅速形成均匀的混合气，燃烧完全，耗油少，容易启动。燃料过重，蒸发性能差，未蒸发的燃料受热分解形成积炭。各类烃中，燃烧完全程度比较：烷烃＞环烷＞芳烃，且环数愈多，燃烧愈不完全。∴要限制芳烃尤其是多环芳烃的含量喷气燃料用10%溜出温度表示蒸发难易的程度，用90%温度控制重组分含量。（3）积炭性能①积炭造成的不良后果：a、电火花上积炭导致点不着火；b、燃烧室壁上积炭使传热恶化，局部过热，筒壁变形、破裂。∴要求生成积炭的倾向尽可能小。②积炭性能与组成关系a、各族烃中芳香烃尤其是双环芳烃积炭倾向大。∴标准中规定了芳烃含量，且双环芳烃不大于3%。b、馏分变重、不饱和烃含量增加、胶质含量高或含硫化合物存在，都使积炭倾向增大。∴标准中规定了残留量、烯烃含量、硫含量等指标。③积炭性能的评定指标：a、烟点（无烟火焰高度）：规定条件下，油品在标准灯中燃烧时，不冒烟火焰的最大高度。单位为mm。